Устройство турбокомпрессора - как работает турбина?

3365

Турбокомпрессор Вопрос мощности автомобильного мотора, наверное, всегда будет волновать владельцев различных транспортных средств. Многие из них, стремясь увеличить данный показатель, нередко прибегают к усовершенствованию силового агрегата машины, или же к установке дополнительных механизмов. При решении этой задачи, важно понимать от чего зависит мощность, развиваемая ДВС и, в первую очередь, свое внимание стоит обратить на два основных параметра: количество воздуха и количество топлива, которые поступают в двигатель. Увеличив объем этих составляющих, Вы сможете увеличить и мощностные характеристики мотора.

Если же повысить только количество топлива, а поступление воздуха оставить на том же уровне, то добиться желаемого результата вряд ли получится. Важным моментом реализации задуманного, является увеличение объема подающегося воздуха, который необходим для сгорания топливной жидкости. Система его принудительной подачи может работать на энергии отработанных газов или же с применением механического привода. Что касается первого варианта, то здесь нельзя обойтись без специального устройства, работа которого и будет основываться на использовании указанного вида энергии. Таким устройством является турбокомпрессор, который еще сравнительно недавно считали преимуществом «крутых» спорткаров.

Турбокомпрессор На сегодняшний день, данным изобретением уже никого не удивишь, тем более, что встречается оно довольно часто. Многие автолюбители уже успели на собственном опыте проверить повышенную и, вместе с тем, экономичную мощность современных автомобилей, а сами турбокомпрессоры доказали высокий уровень практичности и эффективности. Ввиду вышесказанного, вполне логичным будет более детально рассмотреть устройство работы названного механизма, его возможные неисправности и особенности влияния на работу двигателя.

Что входит в устройство турбокомпрессора?

Иногда, турбокомпрессор называют еще «турбонагнетателем», «газотурбинным нагнетателем» или просто – «турбиной». Однако, несмотря на то, какое название используется, все равно суть остается неизменной – это конструктивный элемент турбонадува, обеспечивающий повышение давления воздуха в системе впуска.

При турбонадуве, потоки воздуха попадают в цилиндры мотора под определенным давлением, появляющимся в следствии использования энергии отработанных газов. В современном автомире, турбонадув считается самой эффективной системой, способной повысить мощность силового агрегата, без увеличения объема цилиндров и частоты вращения коленвала. Кроме того, дополнительным преимуществом его использования, помимо повышения мощностных характеристик, есть обеспечение существенной топливной экономичности в перерасчете на единицу мощности, а также, снижение показателей токсичности отработанных газов, как результат более полного сгорания топливной смеси.

Устройство турбокомпрессора В конструкции турбокомпрессора объединены два колеса, располагающиеся на валу ротора – компрессорное и турбинное, каждое из которых, помещено в отдельный корпус. В таком же отдельном корпусе располагается и вал с подшипниками.

В задачу турбинного колеса входит восприятие энергии отработанных газов. Его работа выполняется в корпусе специальной формы, который, также как и само колесо, изготовленный из жаростойких материалов (различных сплавов или керамики).

Компрессорное колесо занимается всасыванием воздуха, его сжиманием и нагнетанием в цилиндры мотора. Как и предыдущая составляющая часть турбокомпрессора, указанное колесо имеет собственный корпус.

Обе детали (и турбинное, и компрессорное колеса) жестко закреплены на валу ротора, который, в свою очередь, вращается в подшипниках скольжения. Сами подшипники относятся к плавающему типу, тоесть имеют зазор, при чем, как со стороны вала, так и со стороны корпуса. Что бы избежать сильного трения, детали смазываются моторным маслом, подающимся с системы смазки двигателя через каналы корпуса подшипников. Для герметизации масла, на вал устанавливаются уплотнительные кольца.

Турбокомпрессор Кроме турбинного и компрессорного колес, в конструкции турбокомпрессора присутствуют и другие важные детали: крыльчатка турбины, перепускной клапан (называемый еще «регулятором давления»); корпус (улитка) турбины; аналогичный корпус компрессора; масляные каналы; вал ротора; компрессор; подшипник скольжения; пневмопривод перепускного клапана. Рассмотрим каждую из перечисленных составляющих более детально.

Крыльчатка турбины. Элемент корпуса турбины, который соединяется со штифтом, вращающим его. Данная конструктивная деталь обладает слоем качественного покрытия, состоящего из никелевого сплава, который отличается стойкостью к высоким температурам.

Перепускной клапан (регулятор давления). Управляется пневматическим приводом и при наличии определенного давления надува, направляет часть отработанных газов вокруг турбины, что значительно ограничивает давление надува двигателя внутреннего сгорания. Необходимость ограничения давления надува обусловлена потребностью защиты двигателя от перегрузки и последующего перегревания.

ТурбокомпрессорКорпус турбины. В качестве материала изготовления, используют различные сорта сфероидизированного чугуна, который обеспечивает изделию теплоустойчивость и защиту от разрушения. Профиль корпуса обработан до полного совпадения с лопастями крыльчатки, а его впускной фланец выступает в роли несущей установочной базы для турбины. К данной детали предъявляется ряд требований. Она должна обладать стойкостью к ударам, окислению, высоким температурам, а также, легкостью в плане механической обработки.

Корпус (улитка) компрессора. Зачастую, изготавливается из алюминия и его сплавов, однако, для разных видов компрессоров, применяют разные, можно сказать уникальные сплавы, отвечающие всем температурным условиям работы и техническим характеристикам того или иного турбокомпрессора. В процессе изготовления корпуса может использоваться как вакуумное, так и «песочное» литье, а финальный этап обработки предусматривает точное соблюдение качества и размеров поверхностей, с целью обеспечения нормальной рабочей активности турбины.

Ротор турбокомпрессора представлен в виде вала, выполненного как одно целое с колесом турбины, на другой стороне которого расположено колесо компрессора.

Работа турбокомпрессора Компрессор размещается на валу ротора, где фиксируется при помощи гайки. Биение поверхности должно быть очень маленьким (порядка пары микрон), а дисбаланс всего ротора, не должен превышать 0,01 – 0,02 г-см., в противном случае это приведет к ускоренному износу самого ротора и подшипников.

Подшипник скольжения. Деталь турбокомпрессора, изготовленная из бронзовых или медных сплавов, обладающих необходимой термостойкостью и износостойкостью. С особой точностью, изготавливаются упорные и стопорные кольца, а также масляные проточки. Сверхточная калибровка обеспечивает равномерность нагрузки на подшипник.

Пневмопривод перепускного клапана, создан для управления перепускным клапаном, отвечающим за ограничение давления наддува и защиту мотора от перегрева. С целью более качественного охлаждения турбонагнетателей, в отдельных бензиновых двигателях используют дополнительное жидкостное охлаждение. В таких случаях, что бы охладить сжимаемый воздух, используют интеркулер – радиатор воздушного или жидкостного типа. Благодаря охлаждению, возрастает плотность и, соответственно, давление воздуха.

Неисправности турбокомпрессора и как их распознать

Турбокомпрессор Турбокомпрессор является единственным навесным агрегатом мотора, который тесно взаимодействует практически со всеми системами автомобильного двигателя: системой смазки и охлаждения, впуска и выпуска отработанных газов, топливоподачи и вентиляции картера, а на новых транспортных средствах еще и с системой управления работой силового агрегата. Учитывая данный факт, неудивительно, что даже самые незначительные сбои в работе смежных систем, губительно сказываются на работоспособности турбокомпрессора, сокращая его ресурс и способствуя более быстрому рабочему отказу. С этой точки зрения, турбина выступает неким индикатором «здоровья» двигателя и если она выходит из строя, значит с мотором точно не все в порядке. Самыми распространенными возможными причинами отказа турбокомпрессора есть:

Попадание в механизм посторонних предметов, а учитывая скорость вращение ротора, это вполне может привести к повреждению крыльчаток (если не сразу, то немного позже).

Дефицит смазочных материалов. При высоких динамических нагрузках масляная пленка разрушается, что приводит к губительному «сухому» трению, соответственно, о продолжительности службы деталей и избежании их перегрева не может быть и речи. Причиной дефицита масла, может стать появление любой неисправности в системе смазки двигателя, например, засорение масляного фильтра, износ масляного насоса или поломка редукционного клапана. Нередко, масляное голодание турбины является результатом снижения пропускной способности подающей трубки, которое вызвано механическим повреждением или засорением коксовыми отложениями.

Турбокомпрессор Загрязнение масла. В качестве загрязняющих веществ, обычно, выступают продукты естественного износа элементов мотора, коксование масла или любая другая грязь, попавшая в систему в результате небрежных действий низкоквалифицированных мотористов. Наличие в масле абразивных частиц, вызывает увеличение зазоров, резкое снижение прочности масляной пленки и, в конечном счете, ее полное разрушение. В отдельных случаях, попавшие с маслом частицы грязи, могут и вовсе перекрыть сечение маленьких каналов подачи.

Превышение допустимого значения частоты вращения ротора, которое вызывает перегрев всех деталей и механизмов.

Возможными показателями неисправностей в работе турбокомпрессора есть:

- резкое снижение мощности силового агрегата;

- увеличение потребления масла;

- изменение звука работающего двигателя и турбокомпрессора (часто он имеет нехарактерное аэродинамическое или механическое звучание).

Все эти факторы (или каждый из них в отдельности) могут указывать на необходимость проведения полной диагностики устройства и устранения появившихся неполадок (если таковы будут обнаружены). Более того, детальному осмотру подлежит не только турбонагнетатель, но еще и сам двигатель, вместе со всеми навесными агрегатами, ведь стабильно работающий мотор, будет способствовать аналогичной работе всех соседних систем.

Турбокомпрессор Обследование турбокомпрессора на предмет поломок, вполне можно провести в гаражных условиях, однако, это не всегда дает исчерпывающую информацию о характере неисправности. Поэтому, если есть возможность обратится к специалистам сервиса, то не стоит ею пренебрегать. Но представим себе, что такой возможности (в силу ряда причин) просто нет, что же можно сделать самостоятельно? Для начала стоит осмотреть лопасти турбины. На них не должно быть никаких повреждений: забоин, зазубрин, вмятин или прогибов. «Здоровые» детали имеют правильную форму и небольшой зазор, повторяя проточную часть корпуса компрессора.

Следующий на очереди – патрубок. В норме он должен быть сухим, с возможными незначительными следами масла. На многих моторах, вход в турбокомпрессор оборудован системой суфлирования двигателя и если в патрубке и на входе наблюдается обильное количество масла, а двигатель, в этом плане, отличается особой прожорливостью, необходимо установить точную причину возникшего расхода – будет это следствием неисправности турбокомпрессора или проблема все-таки в износе двигателя. Если и то и другое, то стоит разобраться с чего конкретно нужно начинать ремонтные работы.

Теперь переходим к диагностике вала ротора. Для определения в нем наличия неисправности, сначала подвигайте вал в осевом направлении, а затем в радиальном. В первом случае, люфт на руку либо совсем не должен чувствоваться, либо может быть незначительным до 0,05 мм. В случае, когда присутствует большой осевой люфт – это указывает на необходимость ремонтных действий или замены.

Турбокомпрессор При движении в радиальном направлении, люфт на руку, наоборот, хорошо ощутим до 1,00 мм. Однако, если вал ротора вывести в крайнее радиальное направление и провернуть, то его лопатки не должны цеплять корпус компрессора. При наличии соприкосновения или люфта выше указанной нормы, также, как и в предыдущем варианте, турбокомпрессор придется менять или ремонтировать.

Если проведение диагностической процедуры не показало видимых причин падения мощности силового агрегата, необходимо уделить особое внимание вопросу герметичности входного и выходного трактов. Не стоит забывать, что выпускаемые сегодня транспортные средства, оборудованные сложной системой регулировки подачи топливной жидкости, могут похвастаться не менее сложной регулировкой степени наддува. Выход из строя любого элемента этой системы, часто вызывает падение силы тяги или повышенный расход топлива. Кроме того, снижение мощности мотора, также может свидетельствовать о неправильной регулировке топливной аппаратуры дизельного двигателя или топливной автоматики бензиновых систем.

Для более основательной оценки состояния турбокомпрессора, лучше всего доверить дело специально обученным людям, тоесть специалистам станции технического обслуживания.

Основная роль турбокомпрессора

Основной задачей, которую должен выполнять любой турбокомпрессор, является нагнетание воздуха с увеличенной плотностью в двигатель, результатом чего будет сжигание большего количества топлива. Чем больше топлива сгорит, тем больше энергии получится, а значит и крутящий момент существенно увеличится. Если максимально возможное давление к подаче двигателя, не оборудованного турбиной, будет ровно 1 бару, то наличие устройства турбины в моторе, позволит подавать куда большее давление.

Турбокомпрессор Повышение давления во впускной системе с помощью турбокомпрессора, происходит благодаря использованию энергии отработанных газов. В результате работы данного устройства масса воздуха в камерах сгорания мотора значительно увеличивается. В сравнении с механическим нагнетателем, устройство турбины намного эффективнее, так как для привода не используется мощность мотора. В целом, турбокомпрессорный двигатель имеет следующие преимущества:

По сравнению с аналогичным атмосферным мотором обладает меньшими габаритами. Зачастую, лучше адаптирован к специфическим условиям использования. К примеру, водитель тяжелой грузовой машины, при движении по горной дороге, сможет намного реже переключать передачи, а сам процесс вождения станет более мягким.

Двигатель, оборудованный турбонагнетателем, практически не чувствителен к существенной перемене высоты, в то время как атмосферный агрегат, в таких условиях, теряет мощность. Силовой агрегат, с установленной турбиной, обеспечивает более качественное сгорание топливной жидкости, в результате чего снижается потребление топлива.

Поскольку, благодаря использованию турбокомпрессора улучшается качество сгорания топлива, то оно, также, уменьшает токсичность отработанных газов.

И наконец, оснащенный турбокомпрессором мотор, работает более стабильно, нежели аналогичный атмосферный двигатель, а благодаря меньшим габаритам, он производит меньше шума. Другими словами, он играет роль своеобразного глушителя системы выпуска.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?


Комментарии

Вам также может быть интересно